Question

【題目】減少氮的氧化物和碳的氧化物在大氣中的排放是環境保護的重要內容之一。合理應用和處理碳、氮及其化合物，在生產生活中有重要意義。

（1）對溫室氣體CO2的研究一直是科技界關注的重點。在催化劑存在下用H2還原CO2是解決溫室效應的重要手段之一。

已知：①H2和CH4的燃燒熱分別為285.5kJ/mol和890.0kJ/mol。

②H2O(1)=H2O(g) ΔH=+44kJ/mol

試寫出H2還原CO2生成CH4和H2O(g)的熱化學方程式__。

（2）CO2在CuZnO催化下，可同時發生如下的反應I、II，可作為解決溫室效應及能源短缺的重要手段。

I.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-57.8kJ/mol

II.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH2=+41.2kJ/mol

在CuZnO存在的條件下，保持溫度T不變，在一剛性密閉容器中，充入一定量的CO2及H2，起始及達平衡時，容器內各氣體物質的量如下表：

	CO2	H2	CH3OH	CO	H2O(g)	總壓/kPa
起始/mol	5.0	7.0	0	0	0	p0
平衡/mol			n1		n2	p

若反應I、II均達平衡時，p0=1.2p，則表中n1=__，此時n2=3.則反應I的平衡常數Kp=__(無需帶單位，用含總壓p的式子表示。已知：氣體各組分的分壓p(B)，等于總壓乘以其體積分數)。

（3）以二氧化鈦表面覆蓋Cu2Al2O4為催化劑，可以將CO2和CH4直接轉化成乙酸，CO2(g)+CH4(g)CH3COOH(g)。在不同溫度下催化劑的催化效率與乙酸的生成速率如圖所示。250～300℃時，乙酸的生成速率降低的主要原因是__；300～400℃時，乙酸的生成速率升高的主要原因是__。

（4）用活性炭還原法可以處理氮氧化物，某研究小組向某密閉容器加入一定量的活性炭和NO，發生反應：C(s)+2NO(g)N2(g)+CO2(g) ΔH＞0在T℃時，反應進行到不同時間測得各物質的量濃度如下：

時間/min	0	10	20	30	40	50
c(NO)/molL1	1.0	0.58	0.40	0.40	0.48	0.48
c(N2)/molL1	0	0.21	0.30	0.30	0.36	0.36
c(CO2)/molL1	0	0.21	0.30	0.30	0.36	0.36

30min后，只改變某一條件，根據上表的數據判斷改變的條件可能是__填字母)。

A.通入一定量的CO2

B.加入合適的催化劑

C.適當縮小容器的體積

D.通入一定量的NO

E.加入一定量的活性炭

F.適當升高溫度

Answer 1

【答案】CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) ΔH＝－164kJ·mol－1 1.0mol 溫度超過250℃時，催化劑的催化效率降低，化學反應速率降低 溫度升高，化學反應速率加快 CD

【解析】

（1）根據蓋斯定律書寫H2還原CO2生成CH4和H2O(g)的熱化學方程式；

（2）CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)反應前后氣體物質的量不變，平衡后壓強減小，是因為發生反應CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)，根據物質的量比等于壓強比計算反應生成甲醇的物質的量；

（3）根據圖示，溫度超過250℃時，催化劑的催化效率降低；溫度升高，化學反應速率加快；

（4）該反應是反應前后氣體體積不變的反應，圖表數據分析可知一氧化氮，氮氣，二氧化碳濃度都增大，說明改變的條件是縮小體積增大濃度，或加入一氧化氮達到新平衡后各物質濃度增大。

（1）由H2和CH4的燃燒熱分別為285.5kJ/mol和890.0kJ/mol。可知

①H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l) △H=-285.8kJ/mol ；

②CH4（g）+2O2（g）═CO2（g）+2H2O（l）△H=-890.0kJ/mol；

③H2O(1)=H2O(g) ΔH=+44kJ/mol

根據蓋斯定律①×4＋③×2－②得CO2(g)+4H2(g)CH4(g)+2H2O(g) ΔH＝－164kJ·mol－1 ；

（2）反應前氣體的物質的量是12mol，壓強為p0=1.2p，反應后氣體壓強變為P，則反應后氣體的物質的量是12=10mol，設生成甲醇的物質的量是n1，

所以n1=1；則該反應生成水1mol，消耗CO2 1mol、消耗H2 3mol，此時n2=3，則CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)反應生成2mol H2O ，消耗2mol CO2、消耗2mol H2，所以容器中CO2、H2的物質的量分別是2mol、2mol；反應I的平衡常數Kp= ；

（3）溫度超過250℃時，催化劑的催化效率降低，所以溫度升高而乙酸的生成速率降低； 溫度升高，增大活化分子的百分數，化學反應速率加快，所以300～400℃時，乙酸的生成速率升高；

（4）A.通入一定量的CO2，平衡逆向移動，平衡后N2濃度減小，故不選A；

B.加入合適的催化劑，平衡不移動，各物質濃度不變，故不選B；

C.適當縮小容器的體積，各物質濃度均同種程度增大，故選C；

D.通入一定量的NO，相當于加壓，各物質濃度均同種程度增大，故選D；

E.加入一定量的活性炭，加入固體，平衡不移動，氣體濃度不變，故不選E；

F.正反應吸熱，適當升高溫度，平衡正向移動，NO濃度降低，故不選F。